JP3801937B2 - Modified metallothionein - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、改変型メタロチオネインに関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、野生型メタロチオネインが有する金属結合能をさらに増強されており、医薬品や診断剤等の開発や、あるいは環境汚染重金属の回収等に有用な改変型メタロチオネインに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
メタロチオネイン(metallothionein:MT)は、酵母、カビ、植物、無脊椎動物、脊椎動物等の細胞内に存在するタンパク質であり、例えば以下の性質等によって特徴付けられている。
(1) 種々の重金属(Cd, Zn, Cu, Hg, Ag等)と結合し、一分子当たりの金属含有量が高い。
(2) 低分子量タンパク質である。金属を含まない状態で、N.crassaでは約3000、脊椎動物の多くで6000-7000である。
(3) アミノ酸残基Cysを多く含む。哺乳類のメタロチオネインでは全アミノ酸残基の1/3がCysである(例えば、ヒトメタロチオネイン-IIの場合、61アミノ酸のうち20がCysである)。重金属はCysのチオール基を介してメタロチオネインと結合している。
(4) 芳香族アミノ酸を含まないので280 nmでの吸光がない。ただし、カドミウムを結合した場合には、カドミウムとチオール基間のメルカプチド結合により254 nm付近に吸光がある。低pHでカドミウムをメタロチオネインから分離させるとこの吸光はなくなる。
【0003】
またMTは、13Cd NMRによる分析結果から、2つのクラスターを形成していることが知られている。Aクラスターは11個のCysが4原子のカドミウムまたは亜鉛に結合していて、メタロチオネインのC末端の第31-61番アミノ酸領域にあたり、αドメインとも言われる。一方、Bクラスターは9個のCysが3原子のカドミウムまたは亜鉛に結合していて、メタロチオネインのN末端の第1-30番アミノ酸領域に相当し、βドメインとも言われている。X線解析によって、αおよびβドメインは直径1.5〜2.0nmの球形であることが知られている。
【0004】
生物体の器官や組織から単離精製されたメタロチオネインには様々な金属が結合している。例えば、ヒトの検死体の肝臓より精製されたメタロチオネインは亜鉛を多く含み、一方、腎臓ではカドミウムを多く含むことが知られている。また、実験的にカドミウムや亜鉛を投与した動物や肝臓や腎臓からは、その金属を多く含むメタロチオネインが得られることが知られている。
【0005】
なお、メタロチオネインは、インビボおよびインビトロにおいて金属を結合した状態を言い、金属を結合していないものは「アポメタロチオネイン」と定義される。ただし、以下の説明においては、金属を結合している状態と金属を結合していない状態を併せて「メタロチオネイン」と記載し、特に金属を結合していない精製タンパク質等をアポメタロチオネインと記載する。
【0006】
現在のところ、メタロチオネインの生物学的な機能として以下が挙げられている。すなわち、重金属との結合能があり、また重金属、発癌遺伝子産物やストレス刺激によって遺伝子転写レベルでの発現の制御が行われていることから、重金属(CdやHg等)の毒性低減、生体内での必須金属(CuやZn等)の代謝調節が考えられている。あるいは、Cysを多く含むことから、酸化還元電位の調節、硫黄代謝への関与が想定されている。さらに、アルツハイマー病患者の脳で不足している神経成長阻害因子とメタロチオネイン量に高い相関があることや、癌患者における抗癌剤耐性にもメタロチオネインが関与するが知られている。
【0007】
従って、メタロチオネインは、生体の恒常性維持のための薬剤やアルツハイマー病、癌等の治療用薬剤成分の一部、あるいはそれらの薬剤成分を探索するための標的タンパク質としての役割が期待されている。
【0008】
一方、メタロチオネインの生物学的な機能とは別に、その優れた重金属結合能に着目し、例えば環境汚染物質の原因となる重金属のモニタや除去を目的としたメタロチオネインの利用についても検討されている。例えば、特開平5-180747号公報には、水中の重金属を検出することを目的としたメタロチオネイン含有の重金属モニタが開示されている。
【0009】
以上のとおり、メタロチオネインは医療や医薬製造分野、あるいは環境浄化の分野等においてその有用性が指摘されているが、生体組織からメタロチオネインを大量に単離精製することは困難であるため、遺伝子工学的手法によるメタロチオネイン生産について様々な試みがなされている。例えば、この出願の発明者らは、サルメタロチオネイン-II cDNAをPRプロモーターおよびSD配列下流に結合し、大腸菌における直接発現で14mg/g(total protein)のMTの発現を既に報告している(Appl. Environ. Microbiol. 53:204-207, 1987)。また、同じくこの出願の発明者らは、ヒトメタロチオネイン-IIのアミノ酸配列、DNA配列、並びに大腸菌発現のための合成DNAのデザイン法を参考にしてヒトメタロチオネイン-II遺伝子の全合成を行い、大腸菌でβ−ガタクトシダーゼと融合発現し、全タンパク質の約24%にあたる量を発現させることに成功し、しかも得られたメタロチオネインが有為な金属結合活性を示すことをも見出している(J. Ferment. Bioeng. 77(2):113-118, 1994)。その他にも、大腸菌によるメタロチオネイン発現の例が幾つか知られている(例えば、J. Biochem. 104:924-926, 1988; Biochem. Biophys. Acta. 951:230-234, 1988; J. Biotechnol. 8:207-220, 1988; Gene 83:95-103, 1989; Biochem. Biophys. Acta. 1048:178-186, 1990)。
【0010】
さらにこの出願の発明者らは、組換えメタロチオネインを安定した状態で、かつ大量に発現させることを目的として、複数個のメタロチオネイン分子が連結したメタロチオネイン多量体とその製造方法を発明し、すでに特許出願している(特開2000-60561号公報)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記のとおり、遺伝子工学的手法を用いることによりメタロチオネインを大量生産することについては一定の目途が立っている。しかしながら、メタロチオネインがその金属結合能によって医薬品や診断剤の成分として、あるいは重金属汚染環境の浄化のめたの材料としての有用性を発揮していることを考慮すれば、メタロチオネインの金属結合能のさらなる増強もまた、その有用性をさらに向上させるために重要な要素となる。そのような金属結合能を増強させたメタロチオネインは、より少量で医療的な機能を発揮し、また環境浄化のための使用量、使用適用範囲を拡大することが期待されるからである。
【0012】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであって、野生型メタロチオネインに比して、その金属結合能をさらに増強させた改変型メタロチオネインを提供することを課題としている。
【0013】
またもの出願の発明は、そのような改変型メタロチオネインの遺伝子工学的製造を可能とするための材料を提供することを課題としている。
【0014】
さらにこの出願の発明は、金属結合能を増強させた改変型メタロチオネインをスクリーニングする方法を提供することを課題としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この出願は、前記の課題を解決するための第1の発明として、メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されている改変型メタロチオネインを提供する。
【0016】
この第1発明の改変型メタロチオネインにおいては、メタロチオネインが配列番号1のアミノ酸配列からなるヒトメタロチオネインであること、そして配列番号1のアミノ酸配列における第11番のアスパラギン酸残基(Asp)および第28番セリン残基(Ser)がシステイン残基(Cys)に置換されていることを好ましい態様としている。
【0017】
この出願は、第2の発明として、メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されている改変型メタロチオネインをコードするポリヌクレオチドを提供する。
【0018】
この第2発明のポリヌクレオチドにおいては、メタロチオネインが配列番号1のアミノ酸配列からなるヒトメタロチオネインであること、そして配列番号1のアミノ酸配列における第11番のアスパラギン酸残基(Asp)および第28番セリン残基(Ser)がシステイン残基(Cys)に置換されている改変型メタロチオネインをコードすることを好ましい態様としている。
【0019】
この出願は、第3の発明として、前記第2発明のポリヌクレオチドを保有する組換えベクターを提供する。
【0020】
この出願は、第4の発明として、前記第3発明の組換えベクターによる形質転換細胞を提供する。
【0021】
この出願は、第5の発明として、前記第3発明の組換えベクターの発現産物または前記第4発明の形質転換細胞の産生物である改変型メタロチオネインを提供する。
【0022】
さらにこの出願は、第6の発明として、金属結合能が増強された改変型メタロチオネインをスクリーニングする方法であって、以下のステップ:
(a) メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されているメタロチオネイン変異体を、置換アミノ酸残基の種類を変えて複数個調製し;
(b) 各々のメタロチオネイン変異体を1種以上の金属と接触させ;
(c) 野生型メタロチオネインよりも多くの金属原子を結合したメタロチオネイン変異体および/または野生型メタロチオネインよりもpH変化に対して安定なメタロチオネイン変異体を選択する、
を含むことを特徴とする改変型メタロチオネインのスクリーニングを提供する。
【0023】
以下、実施形態を示し、この出願の各発明について詳しく説明する。
【0024】
【発明の実施の形態】
第1発明の改変型メタロチオネインは、野生型メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されているポリペプチドである。
【0025】
「野生型メタロチオネイン」は、様々な種由来の天然型メタロチオネインを意味し、特にその遺伝子(cDNA)およびアミノ酸配列が既知のものが好ましい。例えば、メタロチオネイン遺伝子はN. crassa、酵母、ニジマス、サル、ヒト等において公知であり、そのcDNA配列やアミノ酸配列は既存の配列データベース(GenBank等)から当業者であれば容易に知ることができる。例えば、ヒトメタロチオネインに4種類のアイソタンパク質が知られており、メタロチオネイン-IはGenBank Accession No. X97261、メタロチオネイン-IIはGenBank Accession No. X97260、メタロチオネイン-IIIはGenBank Accession No. XM#008111等が知られている。
【0026】
「改変型メタロチオネイン」とは、前記の野生型メタロチオネインを構成するアミノ酸配列のうち、1以上の非Cys残基をCys残基に置換することによってその金属結合能を増強させたポリペプチドである。この改変型メタロチオネインは、野生型メタロチオネインと同一のサイズであってもよく、あるいはその金属結合能が野生型よりも増強されていることを条件として、野生型メタロチオネインの一部(例えば、βドメインまたはαドメイン、若しくは両者を部分的に含む10アミノ酸残基以上のペプチド)であってもよい。
【0027】
さらに、非Cys残基と置換するCys残基は、天然型のCys残基であってもよく、あるいは金属との結合能が良好であることを条件として、何らかのCys残基誘導体であってもよい。そのようなCys残基誘導体は、例えばシステイニル基を、例えばブロモートリフルオロ酢酸、α-ブロモ-β-(5-イミダゾイル)プロピオン酸;クロロアセチルホスファート、N-アルキルマレイミド、3-ニトロ-2-ピリジルジスルフィド;メチル2-ピリジルスルフィド;p-クロロメルクリ安息香酸;2-クロロメルクリ-4ニトロフェノール;またはクロロ-7-ニトロベンゾ-オキサ-1,3-ジアゾール等と反応させることにより生成することができる。
【0028】
野生型メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非Cys残基をCys残基に置換するための一つの方法は、特定の塩基置換を含むポリペプチドを、公知のペプチド合成法によって作製する方法である。ペプチド合成は種々の固相法を用いて行うことができ(例えば、Science 269:202, 1995; Methods Enzymol. 289:3-13, 1997参照)、また例えばABI431Aペプチド・シンセサイザー(Perkin Elmer)等を用いることによって自動的に行うこともできる。
【0029】
野生型メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非Cys残基をCys残基に置換するための別の方法は、塩基置換を伴ったアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド(第2発明)を調製し、このポリヌクレオチドを発現ベクターに組換えて(第3発明)、この発現ベクターによる形質転換細胞(第4発明)の培養物として改変型メタロチオネインを作製する方法である。
【0030】
第2発明のポリヌクレオチドは、公知の野生型メタロチオネインをコードする核酸配列(ゲノムDNA、mRNA、およびmRNAから合成されるcDNA)のうち、非Cys残基をコードする3塩基(トリプレット)を、Cys残基をコードするトリプレット(aga、agc)に置換することによって作製することができる。トリプレットの置換は、ミューテーション・キット等を使用する方法、あるいは変異導入型のPCR法など、公知の方法により行うことができる。また、公知のポリヌクレオチド合成法(例えば、Nucleic Acid Res. 25:3440-3444, 1997等)によって化学合成することもできる。
【0031】
この第2発明のポリヌクレオチドを用いることによって、第3発明の組換えベクターおよび/または第4発明の形質転換細胞から改変型メタロチオネイン(第5発明)を作製することができる。例えば、RNAポリメラーゼプロモーターを有する発現ベクターにポリヌクレオチドを組換え、この組換えベクターをプロモーターに対応するRNAポリメラーゼを含むウサギ網状赤血球溶解物や小麦胚芽抽出物などのインビトロ翻訳系に添加すれば、改変型メタロチオネインをインビトロで生産することができる。RNAポリメラーゼプロモーターとしては、T7、T3、SP6などが例示できる。これらのRNAポリメラーゼプロモーターを含むベクターとしては、pKA1、pCDM8、pT3/T7 18、pT7/3 19、pBluescript IIなどが例示できる。また、ポリヌクレオチドを適当な宿主−ベクター系において発現させれば、改変型メタロチオネインを大腸菌、枯草菌等の原核細胞や、酵母、昆虫細胞、哺乳動物細胞、植物細胞等の真核細胞などで生産することができる。例えば、大腸菌などの微生物で発現させる場合には、微生物中で複製可能なオリジン、プロモーター、リボソーム結合部位、DNAクローニング部位、ターミネーター等を有する発現ベクターにポリヌクレオチドを組換えて発現ベクターを作成し、この発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、この形質転換体を培養すれば、その培養物から目的の改変型メタロチオネインを大量生産することができる。大腸菌用発現ベクターとしては、pUC系、pBluescript II、pET発現システム、pGEX発現システムなどが例示できる。さらに、ポリペプチドを真核細胞で発現させる場合には、ポリヌクレオチドをプロモーター、スプライシング領域、ポリ(A)付加部位等を有する真核細胞用発現ベクターに挿入して組換えベクターを作製し、このベクターをトランスフェクトした真核細胞から目的の改変型メタロチオネインを得ることができる。発現ベクターとしては、pKA1、pCDM8、pSVK3、pMSG、pSVL、pBK-CMV、pBK-RSV、EBVベクター、pRS、pYES2などが例示できる。真核細胞としては、ヒト胎児腎臓細胞HEK293、サル腎臓細胞COS7、チャイニーズハムスター卵巣細胞CHOなどの哺乳動物培養細胞、あるいはヒト臓器から単離した初代培養細胞などが使用できる。出芽酵母、分裂酵母、カイコ細胞、アフリカツメガエル卵細胞なども使用できる。発現ベクターを細胞に導入するには、電気穿孔法、リン酸カルシウム法、リポソーム法、DEAEデキストラン法など公知の方法を用いることができる。形質転換細胞で発現させたポリペプチドを単離精製するためには、公知の分離操作を組み合わせて行うことができる。例えば、尿素などの変性剤や界面活性剤による処理、超音波処理、酵素消化、塩析や溶媒沈殿法、透析、遠心分離、限外濾過、ゲル濾過、SDS-PAGE、等電点電気泳動、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィーなどが挙げられる。
【0032】
以上のとおり、この発明の改変型メタロチオネインは、野生型メタロチオネインを構成するアミノ酸配列における1以上の非Cys残基がCys残基に置換されていることを特徴とするものである。野生型メタロチオネインよりも金属結合能が増強されていることを条件として、いずれの非Cys残基がCys残基に置換されていてもよい。例えば、ヒトメタロチオネイン-IIは61残基のアミノ酸によって構成されているが、そのうち20残基がCysである。従って、残り41個の非Cys残基のいずれか1以上をCys残基に置換した結果、その置換後の金属結合能が野生型メタロチオネインよりも増強したポリペプチドがこの発明の改変型メタロチオネインの範囲に含まれる。
【0033】
このような改変型メタロチオネインは、第6発明のスクリーニング方法によって特定することができる。
【0034】
この第6発明の方法では、先ずステップ(a)として、メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非Cys残基がCys残基に置換されているメタロチオネイン変異体を、置換対象となるアミノ酸残基の種類を変えて複数個調製する。この場合のメタロチオネイン変異体は、先に説明したようなペプチド合成、あるいは遺伝子工学的方法によって調製することができる。また、調製するメタロチオネイン変異体の個数は、例えば野生型ヒトメタロチオネイン-IIを鋳型とする場合には、非Cys残基の1-41個をあらゆる組み合わせでCys残基に置換したものから選択される2以上とすることができる。
【0035】
次いで、ステップ(b)として、各々のメタロチオネイン変異体を1種以上の金属と接触させる。金属は、野生型メタロチオネインが結合するカドミウム、亜鉛、銅、水銀、銀等から選択することができる。
【0036】
そして、ステップ(c)において、各々のメタロチオネイン変異体から、野生型メタロチオネインよりも金属結合能が増強されたものを選択する。その際の基準の一つは、各々のメタロチオネイン変異体に結合した金属原子を測定し、野生型メタロチオネインよりも多くの金属原子を結合したメタロチオネイン変異体を選択することである。金属原子の結合数は、実施例に示したような原子吸光光度の測定等の方法によって行うことができる。選択のための別の基準は、pH変化(pHの上昇変化)に対するメタロチオネインの安定性である。すなわち、メタロチオネインに結合した金属は低pH(pH2.5〜3.0)で解離する。金属と結合していないメタロチオネイン(アポメタロチオネイン)は中性およびアルカリ条件下では酸化されやすく不安定となる。従って、pHの上昇変化に対して野生型メタロチオネインよりも安定なメタロチオネイン変異体は、より強固に金属を結合していると判定することができる。
【0037】
この出願は、以上のとおりのスクリーニング方法によって選択された改変型メタロチオネインとして、ヒトメタロチオネインのアミノ酸配列を示した配列番号1における第11番のアスパラギン酸残基(Asp)および第28番セリン残基(Ser)がシステイン残基(Cys)に置換されている改変型メタロチオネインを好適な具体例として提供する。
【0038】
以下、実施例および試験例を示してこの出願の発明についてさらに詳細かつ具体的に説明するが、この出願の発明は以下の例によって限定されるものではない。
【0039】
【実施例】
実施例1:メタロチオネイン変異体をコードするポリヌクレオチドと、その発現ベクターの構築
ヒトメタロチオネイン-IIの全長cDNA(配列番号1)およびβドメインcDNA(配列番号1の第1-30番アミノ酸配列)をそれぞれInteinとの融合タンパク質として発現するプラスミドpTIMTIおよびpTIMTII(Protein Expr. Purif. 21(1):243-250, 2001)にMutant-Super Express Km kit(タカラ酒造社製)を用い、そのプロトコールに従って部位特異的変異(第11番のAspおよび第28番SerをCysに置換するための塩基置換)を導入した。各クローンのDNA塩基配列を決定して目的の塩基変異を確認し、プラスミドベクターpTIMTID11C/S28CおよびpTIMTIID11C/S28Cを構築した。
実施例2:メタロチオネイン変異体の発現および精製
実施例1で構築したプラスミドベクターpTIMTID11C/S28CおよびpTIMTIID11C/S28Cを用いて大腸菌ER2566株を形質転換した。IMPACT System(New England Biolabs社製)を用いて形質転換菌にヒトメタロチオネイン-IIの全長またはβドメインとInteinとの融合タンパク質を発現させ、アファニティーカラムを用いて精製後、ジチオスレイトール(DDT)によりInteinとメタロチオネインとを切断した。発現、精製の各段階において、SDS-PAGEにより高発現バンドの存在を確認した。カラム精製後の溶出画分に1N塩酸を添加してpH1.0とし、10,000 rpm 5分 4℃で遠心分離し、上清をゲル濾過カラムクロマトグラフィー(Sephadex G-50 column、10 ml/hr、20 mM Tris-HCl溶液)により分画を行い、各フラクションを220 nmの吸光度で測定し、精製アポメタロチオネインを回収した。
【0040】
また、コントロールとして、プラスミドpTIMTIおよびpTIMTIIを用い、前記と同様にして野生型ヒトメタロチオネイン-IIおよびそのβドメインペプチドを発現させ、精製した。
実施例3:金属結合メタロチオネインの作製
実施例2で作製した野生型および変異型のアポメタロチオネインまたはそれそれのβドメインペプチドに塩化カドミウムおよび硫酸亜鉛を加え、ゲル濾過カラムクロマトグラフィー(Sephadex G-50 column、10 ml/hr、20 mM Tris-HCl溶液)により分画を行い、塩化カドミウムを加えた場合は250 nm、硫酸亜鉛を加えた場合は220 nmの吸光度で各フラクションを測定し、カドミウム結合メタロチオネインおよび亜鉛結合メタロチオネイン、並びにそれぞれのβドメインペプチドを作製した。
試験例1:金属結合数の測定
0.1N硝酸により希釈した原子吸光光度測定用標準溶液(Wako社製)を用いてカドミウムおよび亜鉛の希釈系列(0.01-2.00μg/ml)を作製し、実施例3で作製した金属結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドを約1.00μg/mlに希釈し、原子吸光光度測定装置(model SAS7500A:Seiko社製)を用いて金属濃度を測定した。測定波長はカドミウムの場合は229nm、亜鉛の場合は241nmとした。
【0041】
結果は表1に示したとおりである。野生型の全長メタロチオネインおよびそのβドメインペプチドに比較し、2箇所のアミノ酸置換を有するメタロチオネイン変異体およびβドメインペプチド変異体は、約1個多いカドミウムおよび亜鉛を結合することが確認された。
【0042】
【表1】

Figure 0003801937
【0043】
試験例2:pH変化に対する安定性の測定
実施例3で作製した金属結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドを20 mM Tris-HCl緩衝液(pH 7.5)で3 nmol/mlに希釈した後、HClでpH 2.5に調製して金属を解離させた。次いで、Tris溶液を添加してpHを徐々に上昇させ、メタロチオネインおよびβドメインペプチドの安定性をUV吸収の変化として測定した。なお、カドミウム結合のものについては250nm、亜鉛結合のものは220nmの吸光度を測定した。
【0044】
結果は図1および図2に示したとおりである。図1は、野生型および変異型のカドミウム結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドのpH滴定曲線であり、図2は亜鉛結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドのpH滴定曲線である。いずれの金属を結合した場合も、野生型の全長メタロチオネインおよびそのβドメインペプチドに比較し、2箇所のアミノ酸置換を有するメタロチオネイン変異体およびβドメインペプチド変異体は低pHで立ち上がり、その勾配も急であることから、pH安定性が向上し、金属結合能が増強されていることが確認された。
【0045】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、野生型メタロチオネインに比べて金属結合能がさらに増強された改変型メタロチオネインが提供される。
【0046】
【配列表】
<110> Japan Science and Technology Corporation
<120> A modified metallothionein
<130> NP02127-YS
<140>
<141>
<160> 1
<210> 1
<211> 61
<212> PRT
<213> Homo sapiens
<400> 1
Met Asp Pro Asn Cys Ser Cys Ala Ala Gly Asp Ser Cys Thr Cys Ala
1 5 10 15
Gly Ser Cys Lys Cys Lys Glu Cys Lys Cys Thr Ser Cys Lys Lys Ser
20 25 30
Cys Cys Ser Cys Cys Pro Val Gly Cys Ala Lys Cys Ala Gln Gly Cys
35 40 45
Ile Cys Lys Gly Ala Ser Asp Lys Cys Ser Cys Cys Ala
50 55 60
【図面の簡単な説明】
【図1】野生型および変異型のカドミウム結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドのpH滴定曲線である。pTIMTIは完全長野生型、pTIMTID11C/S28Cは完全長変異型、pTIMTIIはβドメイン野生型、pTIMTIID11C/S28Cはβドメイン変異型を示す。
【図2】野生型および変異型の亜鉛結合メタロチオネインおよびβドメインペプチドのpH滴定曲線である。pTIMTIは完全長野生型、pTIMTID11C/S28Cは完全長変異型、pTIMTIIはβドメイン野生型、pTIMTIID11C/S28Cはβドメイン変異型を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention of this application relates to a modified metallothionein. More specifically, the invention of this application relates to a modified metallothionein that has further enhanced the metal binding ability of wild-type metallothionein and is useful for the development of pharmaceuticals, diagnostic agents, etc., or for the recovery of heavy metals contaminating the environment. is there.
[0002]
[Prior art]
Metallothionein (MT) is a protein present in cells of yeast, mold, plant, invertebrate, vertebrate, etc., and is characterized by the following properties, for example.
(1) Bonds with various heavy metals (Cd, Zn, Cu, Hg, Ag, etc.) and has a high metal content per molecule.
(2) Low molecular weight protein. Without metal, it is about 3000 in N. crassa and 6000-7000 in many vertebrates.
(3) Contains many amino acid residues Cys. In mammalian metallothionein, 1/3 of all amino acid residues are Cys (for example, in the case of human metallothionein-II, 20 of 61 amino acids are Cys). Heavy metals are linked to metallothionein via the thiol group of Cys.
(4) Absence of absorbance at 280 nm because it does not contain aromatic amino acids. However, when cadmium is bound, there is absorption at around 254 nm due to the mercaptide bond between cadmium and the thiol group. This absorption disappears when cadmium is separated from metallothionein at low pH.
[0003]
MT is known to form two clusters from the results of 13 Cd NMR analysis. In the A cluster, 11 Cys are bonded to 4 atoms of cadmium or zinc, and it corresponds to the 31st-61st amino acid region of the C-terminal of metallothionein, and is also called an α domain. On the other hand, the B cluster has 9 Cys bonded to 3 atoms of cadmium or zinc, corresponds to the 1-30th amino acid region at the N-terminal of metallothionein, and is also called β domain. By X-ray analysis, the α and β domains are known to be spherical with a diameter of 1.5 to 2.0 nm.
[0004]
Various metals are bound to metallothionein isolated and purified from organs and tissues of organisms. For example, metallothionein purified from the liver of a human autopsy is known to be rich in zinc while the kidney is rich in cadmium. In addition, it is known that metallothionein containing a large amount of the metal can be obtained from animals, livers and kidneys experimentally administered with cadmium and zinc.
[0005]
Metallothionein refers to a state in which a metal is bound in vivo and in vitro, and a substance not bound to a metal is defined as “apometallothionein”. However, in the following description, a state in which a metal is bound and a state in which a metal is not bound are collectively referred to as “metallothionein”, and a purified protein that is not bound to a metal is particularly referred to as apometallothionein.
[0006]
At present, the biological functions of metallothionein are listed below. In other words, it has the ability to bind heavy metals, and its expression is controlled at the gene transcription level by heavy metals, oncogene products and stress stimuli, reducing the toxicity of heavy metals (Cd, Hg, etc.) Metabolism of essential metals (Cu, Zn, etc.) is considered. Alternatively, since it contains a large amount of Cys, it is assumed to be involved in the regulation of redox potential and sulfur metabolism. Furthermore, it is known that there is a high correlation between the nerve growth inhibitory factor deficient in the brain of Alzheimer's disease patients and the amount of metallothionein, and that metallothionein is also involved in anticancer drug resistance in cancer patients.
[0007]
Therefore, metallothionein is expected to play a role as a drug for maintaining homeostasis, a part of a drug component for treatment of Alzheimer's disease, cancer and the like, or a target protein for searching for these drug components.
[0008]
On the other hand, apart from the biological function of metallothionein, focusing on its excellent heavy metal binding ability, for example, the use of metallothionein for the purpose of monitoring and removing heavy metals that cause environmental pollutants has been studied. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-180747 discloses a metallothionein-containing heavy metal monitor for the purpose of detecting heavy metals in water.
[0009]
As described above, the usefulness of metallothionein has been pointed out in the fields of medicine, pharmaceutical production, environmental purification, etc., but it is difficult to isolate and purify metallothionein in large quantities from living tissues. Various attempts have been made to produce metallothionein by the method. For example, the inventors of this application is the monkey metallothionein -II cDNA bound to P R promoter and SD sequence downstream, already reported the expression of MT in the 14mg / g (total protein) in direct expression in E. coli ( Appl. Environ. Microbiol. 53: 204-207, 1987). Similarly, the inventors of this application conducted total synthesis of the human metallothionein-II gene with reference to the amino acid sequence of human metallothionein-II, the DNA sequence, and the design method of synthetic DNA for E. coli expression. It has also been found that fusion expression with β-galactosidase has succeeded in expressing about 24% of the total protein, and that the resulting metallothionein exhibits significant metal binding activity (J. Ferment Bioeng. 77 (2): 113-118, 1994). In addition, several examples of metallothionein expression by E. coli are known (for example, J. Biochem. 104: 924-926, 1988; Biochem. Biophys. Acta. 951: 230-234, 1988; J. Biotechnol. 8: 207-220, 1988; Gene 83: 95-103, 1989; Biochem. Biophys. Acta. 1048: 178-186, 1990).
[0010]
Furthermore, the inventors of this application have invented a metallothionein multimer in which a plurality of metallothionein molecules are linked and a method for producing the same in order to express recombinant metallothionein in a stable state and in large quantities. (JP 2000-60561 A).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there is a certain target for mass production of metallothionein using genetic engineering techniques. However, considering that metallothionein is useful as a component of pharmaceuticals and diagnostic agents due to its metal-binding ability, or as a material for purifying heavy metal-contaminated environments, the metal-binding ability of metallothionein is further increased. Enhancement is also an important factor for further improving its usefulness. This is because such a metallothionein with enhanced metal binding ability is expected to exert a medical function in a smaller amount, and to expand the usage amount and application range for environmental purification.
[0012]
The invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, and it is an object of the present invention to provide a modified metallothionein that further enhances its metal binding ability compared to wild-type metallothionein.
[0013]
Another object of the invention of the application is to provide a material for enabling genetic engineering production of such a modified metallothionein.
[0014]
Furthermore, an object of the invention of this application is to provide a method for screening a modified metallothionein with enhanced metal binding ability.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
This application provides, as a first invention for solving the above-mentioned problems, a modified metallothionein in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of metallothionein are substituted with cysteine residues (Cys).
[0016]
In the modified metallothionein of the first invention, the metallothionein is a human metallothionein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and the 11th aspartic acid residue (Asp) and the 28th amino acid sequence of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 A preferred embodiment is that the serine residue (Ser) is substituted with a cysteine residue (Cys).
[0017]
As a second invention, this application provides a polynucleotide encoding a modified metallothionein in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of metallothionein are substituted with cysteine residues (Cys).
[0018]
In the polynucleotide of the second invention, the metallothionein is a human metallothionein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and the 11th aspartic acid residue (Asp) and the 28th serine in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. A preferred embodiment encodes a modified metallothionein in which the residue (Ser) is substituted with a cysteine residue (Cys).
[0019]
This application provides, as a third invention, a recombinant vector having the polynucleotide of the second invention.
[0020]
This application provides, as a fourth invention, a transformed cell using the recombinant vector of the third invention.
[0021]
This application provides, as a fifth invention, a modified metallothionein that is an expression product of the recombinant vector of the third invention or a product of the transformed cell of the fourth invention.
[0022]
Furthermore, this application provides, as a sixth invention, a method for screening a modified metallothionein with enhanced metal binding ability, comprising the following steps:
(a) preparing a plurality of metallothionein mutants in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of metallothionein are replaced with cysteine residues (Cys), with different types of substituted amino acid residues;
(b) contacting each metallothionein variant with one or more metals;
(c) selecting a metallothionein variant that binds more metal atoms than wild-type metallothionein and / or a metallothionein variant that is more stable against pH changes than wild-type metallothionein.
A modified metallothionein is characterized by comprising:
[0023]
Hereinafter, embodiments will be shown and each invention of this application will be described in detail.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The modified metallothionein of the first invention is a polypeptide in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of wild-type metallothionein are substituted with cysteine residues (Cys).
[0025]
“Wild-type metallothionein” means natural metallothionein derived from various species, and those having known genes (cDNA) and amino acid sequences are particularly preferred. For example, the metallothionein gene is known in N. crassa , yeast, rainbow trout, monkey, human, etc., and its cDNA sequence and amino acid sequence can be easily known by those skilled in the art from an existing sequence database (GenBank, etc.). For example, four isoproteins are known for human metallothionein, including Genbank Accession No. X97261 for metallothionein-I, GenBank Accession No. X97260 for metallothionein-II, GenBank Accession No. XM # 008111 for metallothionein-III, etc. It has been.
[0026]
The “modified metallothionein” is a polypeptide whose metal binding ability is enhanced by substituting one or more non-Cys residues with a Cys residue in the amino acid sequence constituting the wild-type metallothionein. The modified metallothionein may be the same size as the wild-type metallothionein, or a part of the wild-type metallothionein (for example, the β domain or the The peptide may be an α domain or a peptide having 10 amino acid residues or more partially including both.
[0027]
Furthermore, the Cys residue to be substituted with the non-Cys residue may be a natural Cys residue or any Cys residue derivative provided that the binding ability to metal is good. Good. Such Cys residue derivatives include, for example, cysteinyl groups such as bromo-trifluoroacetic acid, α-bromo-β- (5-imidazolyl) propionic acid; chloroacetyl phosphate, N-alkylmaleimide, 3-nitro-2- Pyridyl disulfide; methyl 2-pyridyl sulfide; p-chloromercuribenzoic acid; 2-chloromercuri-4 nitrophenol; or chloro-7-nitrobenzo-oxa-1,3-diazole .
[0028]
One method for substituting one or more non-Cys residues in the amino acid sequence of wild-type metallothionein with a Cys residue is a method for producing a polypeptide containing a specific base substitution by a known peptide synthesis method. Peptide synthesis can be performed using various solid phase methods (see, for example, Science 269: 202, 1995; Methods Enzymol. 289: 3-13, 1997), and for example, using ABI431A peptide synthesizer (Perkin Elmer) It can also be done automatically by using it.
[0029]
Another method for substituting one or more non-Cys residues in the amino acid sequence of wild-type metallothionein with a Cys residue is to prepare a polynucleotide (second invention) encoding an amino acid sequence with base substitution. This is a method for producing a modified metallothionein as a culture of transformed cells (fourth invention) by recombining a polynucleotide with an expression vector (third invention).
[0030]
The polynucleotide of the second invention comprises three nucleotides (triplet) encoding non-Cys residues in a nucleic acid sequence (genomic DNA, mRNA, and cDNA synthesized from mRNA) encoding a known wild-type metallothionein. It can be made by substituting a triplet (aga, agc) encoding the residue. The triplet substitution can be performed by a known method such as a method using a mutation kit or the like, or a mutagenesis PCR method. It can also be chemically synthesized by a known polynucleotide synthesis method (for example, Nucleic Acid Res. 25: 3440-3444, 1997).
[0031]
By using the polynucleotide of the second invention, a modified metallothionein (the fifth invention) can be produced from the recombinant vector of the third invention and / or the transformed cell of the fourth invention. For example, if a polynucleotide is recombined into an expression vector having an RNA polymerase promoter and the recombinant vector is added to an in vitro translation system such as a rabbit reticulocyte lysate or wheat germ extract containing an RNA polymerase corresponding to the promoter, the modification Type metallothionein can be produced in vitro. Examples of the RNA polymerase promoter include T7, T3, SP6 and the like. Examples of vectors containing these RNA polymerase promoters include pKA1, pCDM8, pT3 / T718, pT7 / 319, and pBluescript II. If the polynucleotide is expressed in an appropriate host-vector system, modified metallothionein can be produced in prokaryotic cells such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, and eukaryotic cells such as yeast, insect cells, mammalian cells, and plant cells. can do. For example, when expressed in a microorganism such as Escherichia coli, an expression vector is prepared by recombining a polynucleotide with an expression vector having an origin, promoter, ribosome binding site, DNA cloning site, terminator, etc. that can replicate in the microorganism, If a host cell is transformed with this expression vector and this transformant is cultured, the desired modified metallothionein can be mass-produced from the culture. Examples of the expression vector for E. coli include pUC system, pBluescript II, pET expression system, and pGEX expression system. Further, when expressing a polypeptide in a eukaryotic cell, a polynucleotide is inserted into an expression vector for a eukaryotic cell having a promoter, a splicing region, a poly (A) addition site, etc. The desired modified metallothionein can be obtained from eukaryotic cells transfected with the vector. Examples of expression vectors include pKA1, pCDM8, pSVK3, pMSG, pSVL, pBK-CMV, pBK-RSV, EBV vector, pRS, and pYES2. As eukaryotic cells, mammalian cultured cells such as human fetal kidney cells HEK293, monkey kidney cells COS7, Chinese hamster ovary cells CHO, or primary cultured cells isolated from human organs can be used. Budding yeast, fission yeast, silkworm cells, Xenopus egg cells and the like can also be used. In order to introduce the expression vector into cells, known methods such as electroporation, calcium phosphate method, liposome method, DEAE dextran method can be used. Isolation and purification of the polypeptide expressed in the transformed cell can be performed by combining known separation operations. For example, treatment with denaturing agents and surfactants such as urea, ultrasonic treatment, enzyme digestion, salting out and solvent precipitation, dialysis, centrifugation, ultrafiltration, gel filtration, SDS-PAGE, isoelectric focusing, Examples include ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography, affinity chromatography, and reverse phase chromatography.
[0032]
As described above, the modified metallothionein of the present invention is characterized in that one or more non-Cys residues in the amino acid sequence constituting the wild-type metallothionein are substituted with Cys residues. Any non-Cys residue may be substituted with a Cys residue, provided that the metal binding ability is enhanced as compared to wild-type metallothionein. For example, human metallothionein-II is composed of 61 amino acids, of which 20 residues are Cys. Therefore, as a result of substituting any one or more of the remaining 41 non-Cys residues with Cys residues, polypeptides whose metal binding ability after the substitution is enhanced as compared with wild-type metallothionein are within the scope of the modified metallothionein of the present invention. include.
[0033]
Such a modified metallothionein can be identified by the screening method of the sixth invention.
[0034]
In the method of the sixth invention, first, as a step (a), a metallothionein mutant in which one or more non-Cys residues in the amino acid sequence of metallothionein is substituted with a Cys residue is used as the type of amino acid residue to be substituted. Prepare a plurality by changing. The metallothionein mutant in this case can be prepared by peptide synthesis as described above, or genetic engineering methods. The number of metallothionein mutants to be prepared is selected from those obtained by substituting 1-41 of non-Cys residues with Cys residues in any combination when, for example, wild-type human metallothionein-II is used as a template. It can be 2 or more.
[0035]
Then, as step (b), each metallothionein variant is contacted with one or more metals. The metal can be selected from cadmium, zinc, copper, mercury, silver and the like to which wild type metallothionein is bound.
[0036]
Then, in step (c), from each of the metallothionein mutants, one having enhanced metal binding ability compared to wild-type metallothionein is selected. One of the criteria is to measure the metal atom bound to each metallothionein mutant and select a metallothionein mutant that binds more metal atoms than wild-type metallothionein. The number of bonds of metal atoms can be determined by a method such as measurement of atomic absorption photometry as shown in the examples. Another criterion for selection is the stability of metallothionein against pH changes (changes in pH increase). That is, the metal bonded to metallothionein dissociates at a low pH (pH 2.5 to 3.0). Metallothionein (apometallothionein) that is not bonded to a metal is easily oxidized and unstable under neutral and alkaline conditions. Therefore, it can be determined that a metallothionein mutant that is more stable than wild-type metallothionein with respect to a change in pH is more strongly bound to a metal.
[0037]
In this application, as the modified metallothionein selected by the screening method as described above, the 11th aspartic acid residue (Asp) and the 28th serine residue (SEQ ID NO: 1) showing the amino acid sequence of human metallothionein ( A modified metallothionein in which Ser) is substituted with a cysteine residue (Cys) is provided as a preferred specific example.
[0038]
Hereinafter, the invention of this application will be described in more detail and specifically with reference to Examples and Test Examples, but the invention of this application is not limited to the following examples.
[0039]
【Example】
Example 1: Construction of polynucleotide encoding metallothionein mutant and expression vector thereof Full-length cDNA of human metallothionein-II (SEQ ID NO: 1) and β domain cDNA (amino acids 1-30 of SEQ ID NO: 1) Using the Mutant-Super Express Km kit (Takara Shuzo Co., Ltd.) for plasmids pTIMTI and pTIMTII (Protein Expr. Purif. 21 (1): 243-250, 2001) expressed as fusion proteins with Intein, site-specific Mutation (base substitution to replace No. 11 Asp and No. 28 Ser with Cys) was introduced. The DNA base sequence of each clone was determined to confirm the target base mutation, and plasmid vectors pTIMTID11C / S28C and pTIMTIID11C / S28C were constructed.
Example 2: Expression and purification of metallothionein mutants The plasmid vectors pTIMTID11C / S28C and pTIMTIID11C / S28C constructed in Example 1 were used to transform E. coli ER2566 strain. Using the IMPACT System (New England Biolabs), let the transformed bacteria express the full-length human metallothionein-II or β-domain and Intein fusion protein, purify using an affinity column, and then dithiothreitol (DDT). Was used to cleave Intein and metallothionein. At each stage of expression and purification, the presence of a high expression band was confirmed by SDS-PAGE. 1N hydrochloric acid is added to the eluted fraction after column purification to pH 1.0, centrifuged at 10,000 rpm for 5 minutes at 4 ° C, and the supernatant is subjected to gel filtration column chromatography (Sephadex G-50 column, 10 ml / hr, 20 mM Tris-HCl solution), each fraction was measured by absorbance at 220 nm, and purified apometallothionein was recovered.
[0040]
In addition, plasmids pTIMTI and pTIMTII were used as controls, and wild type human metallothionein-II and its β domain peptide were expressed and purified in the same manner as described above.
Example 3: Preparation of metal-bonded metallothionein Cadmium chloride and zinc sulfate were added to wild-type and mutant apometallothionein or its β-domain peptide prepared in Example 2 and subjected to gel filtration column chromatography (Sephadex G-50 column). , 10 ml / hr, 20 mM Tris-HCl solution), each fraction is measured at an absorbance of 250 nm when cadmium chloride is added and 220 nm when zinc sulfate is added, and cadmium-bound metallothionein And zinc-binding metallothionein, as well as the respective β domain peptides.
Test Example 1: Measurement of the number of metal bonds
A dilution series (0.01-2.00 μg / ml) of cadmium and zinc was prepared using a standard solution for atomic absorption spectrophotometry (manufactured by Wako) diluted with 0.1N nitric acid, and the metal-bonded metallothionein and β prepared in Example 3 were used. The domain peptide was diluted to about 1.00 μg / ml, and the metal concentration was measured using an atomic absorption spectrophotometer (model SAS7500A: manufactured by Seiko). The measurement wavelength was 229 nm for cadmium and 241 nm for zinc.
[0041]
The results are as shown in Table 1. Compared to wild-type full-length metallothionein and its β-domain peptide, metallothionein mutants and β-domain peptide mutants with two amino acid substitutions were confirmed to bind about one more cadmium and zinc.
[0042]
[Table 1]
Figure 0003801937
[0043]
Test Example 2: Measurement of stability against pH change The metal-bound metallothionein and β domain peptide prepared in Example 3 were diluted to 3 nmol / ml with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5), and then pH 2.5 with HCl. To dissociate the metal. Subsequently, Tris solution was added to gradually increase the pH, and the stability of metallothionein and β domain peptide was measured as the change in UV absorption. The absorbance at 250 nm was measured for the cadmium bond and 220 nm for the zinc bond.
[0044]
The results are as shown in FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a pH titration curve of wild-type and mutant cadmium-binding metallothionein and β-domain peptide, and FIG. 2 is a pH titration curve of zinc-binding metallothionein and β-domain peptide. When any metal is bound, compared to wild-type full-length metallothionein and its β-domain peptide, metallothionein mutants and β-domain peptide mutants with two amino acid substitutions rise at a low pH and the gradient is steep. From this, it was confirmed that the pH stability was improved and the metal binding ability was enhanced.
[0045]
【The invention's effect】
As described in detail above, the invention of this application provides a modified metallothionein having further enhanced metal binding ability compared to wild-type metallothionein.
[0046]
[Sequence Listing]
<110> Japan Science and Technology Corporation
<120> A modified metallothionein
<130> NP02127-YS
<140>
<141>
<160> 1
<210> 1
<211> 61
<212> PRT
<213> Homo sapiens
<400> 1
Met Asp Pro Asn Cys Ser Cys Ala Ala Gly Asp Ser Cys Thr Cys Ala
1 5 10 15
Gly Ser Cys Lys Cys Lys Glu Cys Lys Cys Thr Ser Cys Lys Lys Ser
20 25 30
Cys Cys Ser Cys Cys Pro Val Gly Cys Ala Lys Cys Ala Gln Gly Cys
35 40 45
Ile Cys Lys Gly Ala Ser Asp Lys Cys Ser Cys Cys Ala
50 55 60
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a pH titration curve of wild-type and mutant cadmium-binding metallothionein and β-domain peptide. pTIMTI is a full-length wild type, pTIMTID11C / S28C is a full-length mutant, pTIMTII is a β-domain wild type, and pTIMTIID11C / S28C is a β-domain mutant.
FIG. 2 is a pH titration curve for wild-type and mutant zinc-binding metallothionein and β-domain peptides. pTIMTI is a full-length wild type, pTIMTID11C / S28C is a full-length mutant, pTIMTII is a β-domain wild type, and pTIMTIID11C / S28C is a β-domain mutant.

Claims (10)

メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されており、亜鉛およびカドミウムとの結合能が野生型よりも増強された改変型メタロチオネイン。 A modified metallothionein in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of metallothionein are substituted with cysteine residues (Cys), and the binding ability to zinc and cadmium is enhanced as compared to the wild type . メタロチオネインが配列番号1のアミノ酸配列からなるヒトメタロチオネインである請求項1の改変型メタロチオネイン。The modified metallothionein according to claim 1, wherein the metallothionein is human metallothionein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 配列番号1のアミノ酸配列における第11番のアスパラギン酸残基(Asp)および第28番セリン残基(Ser)がシステイン残基(Cys)に置換されている請求項2の改変型メタロチオネイン。The modified metallothionein according to claim 2, wherein the 11th aspartic acid residue (Asp) and the 28th serine residue (Ser) in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are substituted with a cysteine residue (Cys). メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されており、亜鉛およびカドミウムとの結合能が野生型よりも増強された改変型メタロチオネインをコードするポリヌクレオチド。A polynucleotide encoding a modified metallothionein in which at least one non-cysteine residue in the amino acid sequence of metallothionein is substituted with a cysteine residue (Cys) and the binding ability to zinc and cadmium is enhanced as compared to the wild type . メタロチオネインが配列番号1のアミノ酸配列からなるヒトメタロチオネインである請求項4のポリヌクレオチド。The polynucleotide of Claim 4 wherein the metallothionein is human metallothionein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 配列番号1のアミノ酸配列における第11番のアスパラギン酸残基(Asp)および第28番セリン残基(Ser)がシステイン残基(Cys)に置換されている改変型メタロチオネインをコードする請求項5のポリヌクレオチド。The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 encodes a modified metallothionein in which the 11th aspartic acid residue (Asp) and the 28th serine residue (Ser) are substituted with a cysteine residue (Cys). Polynucleotide. 請求項4から6のいずれかのポリヌクレオチドを保有する組換えベクター。A recombinant vector carrying the polynucleotide according to any one of claims 4 to 6. 請求項7の組換えベクターによる形質転換細胞。A transformed cell by the recombinant vector of claim 7. 請求項7の組換えベクターの発現産物または請求項8の形質転換細胞の産生物である改変型メタロチオネイン。A modified metallothionein which is an expression product of the recombinant vector of claim 7 or a product of the transformed cell of claim 8. 金属結合能が増強された改変型メタロチオネインをスクリーニングする方法であって、以下のステップ:
(a)メタロチオネインのアミノ酸配列における1以上の非システイン残基がシステイン残基(Cys)に置換されているメタロチオネイン変異体を、置換アミノ酸残基の種類を変えて複数個調製し;
(b)各々のメタロチオネイン変異体を、カドミウム、亜鉛、銅、水銀、銀からなる群より選択される1種以上の金属と接触させ;
(c)野生型メタロチオネインよりも多くの金属原子を結合したメタロチオネイン変異体および/または野生型メタロチオネインよりもpH変化に対して安定なメタロチオネイン変異体を選択する、
を含むことを特徴とする改変型メタロチオネインのスクリーニング方法。
A method of screening for a modified metallothionein with enhanced metal binding ability, comprising the following steps:
(a) preparing a plurality of metallothionein mutants in which one or more non-cysteine residues in the amino acid sequence of metallothionein are replaced with cysteine residues (Cys) by changing the type of the substituted amino acid residues;
(b) contacting each metallothionein variant with one or more metals selected from the group consisting of cadmium, zinc, copper, mercury, silver ;
(c) selecting a metallothionein mutant that binds more metal atoms than wild-type metallothionein and / or a metallothionein mutant that is more stable against pH change than wild-type metallothionein.
A method for screening a modified metallothionein, comprising:
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